前沿 | 科学新发现—— 干细胞完美分化的关键

作者：Dr.韦

具有发展成为身体各类细胞的潜能，干细胞被认为是“全能细胞”。

然而，对于大多数干细胞而言，这个名称太过遥远。例如，在受伤时成体干细胞可以取代受伤的组织细胞，但脂肪干细胞永远不会生成神经细胞或肝细胞。因此科学家们将多能成体干细胞和多能胚胎干细胞区分开来。

干细胞的全能潜力一直以来都被医学界寄予厚望。6月中旬，发表在《Nature Cell Biology》杂志上的一项研究带来了胚胎干细胞全能潜力的新见解。

来自苏黎世大学以及苏黎世大学附属全科医院的研究人员发现一种蛋白质在天然胚胎干细胞发展成为身体所有细胞时起到关键作用。他们希望该结果对挖掘培养状态下的胚胎干细胞的全能潜力有所启发。

此外，他们还希望根据这方面的知识，利用干细胞来治疗复杂骨折。目前研究人员正在研究载体材料，他们认为最理想就是自体干细胞。不过在此之前，必须要弄清楚干细胞是如何工作的。

表观遗传标记决定发展潜力

即时是真正的“全能细胞”，它们之间也存在着差异。然而，实验室培养的胚胎干细胞与胚胎发育头几天获得的天然胚胎干细胞处在不一样的状态。这项新研究揭示了导致天然胚胎干细胞与人工培养胚胎干细胞出现差异的机制。

这项发现的核心是一种名为Pramel7的蛋白质，该蛋白质被发现于几日龄胚胎细胞团的细胞中。Pramel7蛋白确保表观遗传标记（由甲基化形式的DNA化学标签组成）从遗传物质中分离出来。研究人员认为，“甲基团移除得越多，生命之书被揭开得就越多。”

由于人体中的任何细胞都可以由胚胎干细胞发育而来，所有的基因在最初时必须是自由开放的。细胞发育或分化程度越高，其遗传物质甲基化程度越大并且会再次“封闭”。例如，在骨细胞中，只有细胞功能所需的基因被激活。

他们发现，在内细胞团中高表达但在胚胎干细胞中低表达的蛋白pramel7，可以靶向蛋白酶体降解相关的UHRF1。UHRF1是一种重要的表观遗传学调控因子，是维护DNA甲基化的关键。当增加血清培养的胚胎干细胞中pramel7蛋白的表达，UHRF1水平以及DNA的甲基化水平会降低。

蛋白质负责完美的全能性

当研究人员用遗传学方法把表达该蛋白的基因关闭时，细胞的发育仍然停留在胚胎细胞集群阶段。另一方面，在培养的干细胞中，Pramel7蛋白很少被发现。这种情况就解释了为何培养状态下细胞中的遗传物质比天然胚胎细胞拥有更多的甲基化标记。

pramel7蛋白是囊胚形成所需的物质，它的强制表达锁定了胚胎干细胞的多能性。这项研究揭示了基于蛋白酶体途径的DNA甲基化动态性，提供了一种新思路来提高体外培养胚胎干细胞的多能性。

参考资料：

https://phys.org/news/2017-06-stem-cells-allrounders.html

https://www.nature.com/ncb/journal/vaop/ncurrent/full/ncb3554.html